Cıvata eğilme deformasyonu üzerine doğrusal olmayan sonlu elemanlar analizleri

Mekanik tasarımda birleştirme ve montaj işlemleri kalıcı veya kalıcı olmayan metotlar kullanılarak gerçekleştirilir. Bağlantıların sökülmesini sağlayan mekanik parçalar olan vidalı bağlantı elemanları kalıcı olmayan teknikler arasında çoğunlukla kullanılmaktadır. Dıştan ve içten vidalı bağlantı elemanları olan cıvata ve somundan oluşan bağlantılar mühendislik ürünlerinin çoğunda değiştirilebilir özelliklerinden ötürü yaygın olarak kullanılmaktadır. Cıvatalı bağlantılar özellikle eksenel yüklerin taşınması için tasarlanmış olsalar da sadece eksenel değil ayrıca eksenden kaçık yüklemelere de maruz kalabilirler. Eksenden kaçık yüklemelerin bazıları bağlanan parçalar arasındaki temastan kaynaklanarak cıvata tarafından taşınan eksenel kuvveti artıran kanırtma etkisine neden olabilirler. Eksenden kaçık yüklemeden oluşan eğilme momentine ek olarak, kanırtma etkisi, cıvata tarafından taşınan eksenel kuvveti yoğun bir şekilde artırarak cıvatayı etkiler. Eksenel kaçıklığın seviyesine bağlı olarak cıvatanın dayanımı, eğilme momenti ve fazladan çekme kuvvetinin kombinasyonu ile kanırtma etkisi altında azalır. Fazladan çekme kuvvetine, kanırtma etkisi altındaki cıvatalı bağlantı çalışmalarında dikkate alınmaktadır, ancak, bağlantının eksenel kaçıklığından ötürü oluşan eğilme momenti her zaman ilgilenilen bir fenomen değildir. Literatürdeki kanırtma etkisi altındayken oluşan cıvata eğilme momenti çıktıları genellikle sadece yorumlarla sınırlı kalmaktadır ve maksimum eğilme momentinin konumu ile önyüklemenin cıvata eğilme-çekme etkileşimine olan etkisi gibi cıvatanın eğilme deformasyonu hakkında açıklanmamış noktalar bulunmaktadır. Bu tezde malzeme, geometrik ve temas doğrusalsızlıklarının ele alındığı statik yapısal sonlu elemanlar analizleri gerçekleştirilerek kanırtma etkisi altındaki bir cıvatalı bağlantının eğilme deformasyonu mekanizması kapsamlı bir biçimde çalışılmıştır. Eksenel kaçık yükleme ve kanırtma etkisi altındaki cıvatalı bağlantılar için kısa bir temel bilgi aktarıldıktan sonra geniş kapsamlı bir literatür araştırması sunulmuştur. Cıvatalı bağlantıların üç boyutlu olarak sonlu elemanlar modelleme teknikleri, cıvata eğilmesi ve kanırtma etkisi hakkında olan literatürdeki çalışmalar detaylıca açıklanmıştır. Deneysel ve nümerik çalışma programları hedefler doğrultusunda planlanmıştır. Malzeme özellikleri ve deplasman sınır koşulları gibi gerekli girdilerin sağlanması için sonlu elemanlar analizleri öncesinde deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Sonlu elemanlar analizi modellerinin yapısı, analiz sonuçlarının sunulmasından önce detaylıca açıklanmıştır. Sonlu elemanlar analizlerinden elde edilen sonuçlar dört farklı bölümde sunulmuştur. Kuvvet-deplasman davranışı, yükleme boyunca gerinim-kuvvet değişimi ve bütün konfigürasyonlar ile modelleme teknikleri için mekanik parametrelerin sonuçları deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Modelleme teknikleri, eğilme deformasyonu kapasitesi kapsamında deneysel ve nümerik sonuçların karşılaştırılmasından sonra analiz edilmiştir ve bu olgu, gerilmeye maruz kalan bölge boyunca olan cıvata eğilme momenti sonucu ile eğilme-çekme etkileşim eğrisi kullanılarak değerlendirilmiştir. Cıvatalı bağlantı konfigürasyonları ayrıca üç farklı önyükleme kuvvet seviyesi kullanılarak analiz edilmiştir. Sonuç olarak, yarım pasolu bir bağlantı elemanı içeren bir cıvatalı bağlantının kanırtma etkisi altındaki yapısal tepkisi, eğilme deformasyonu kapasitesi dikkate alınarak kapsamlı bir biçimde değerlendirilmiştir. Çalışılan cıvatalı bağlantı tipinin kanırtma etkisi altındaki eğilmeye ilişkin olguları için sonlu elemanlar analizi modelleme hususları ve tasarım değerlendirmeleri sunulmuştur.